基板外観検査装置とは
基板外観検査装置とは、プリント基板などの基板への実装部品の良否、不具合を調べる装置です。
この装置では、実装部品の位置ずれ・断線・ショート・クラック・部品浮き・はんだ付けなどに問題がないかを調べています。電子基板の検査には正しく動作するかという機能試験の他に、各電子部品が正しい位置に欠陥なく装着されているかを検査する、基板外観検査 (基板検査・実装検査) があります。
電子基板検査はAOI (Automated Optical Inspection) と呼ばれており、基板外観検査によって問題がなければ、実際に設計通りに動作するのかという機能検査です。この機能検査ではファンクションテスタが使用されます。
基板外観検査装置の使用用途
基板外観検査装置は、様々な装置に搭載される基板のチェックに使用されています。基板に実装された部品の位置のずれや断線、部品浮きおよびはんだ付け不良などのチェックを実施し、下記のような欠陥を発見することが可能です。
1. 部品の欠陥
- 部品未実装
部品の実装位置が正しくない状態 - 部品の位置ずれ
パッドから部品が外れてしまい、間違えた位置に実装されている状態 - 部品の浮き
部品片側のみがはんだ付けがされた状態で、他方が立ち上がってしまっている状態
2. はんだの欠陥
- 断線
はんだがついていない状態 - ショート
はんだの量が多すぎて、隣接したパッドにも付着している状態 - ボイド
はんだ付けの際に、気泡によりできる不具合 - 濡れ不良
はんだがきれいに付いているが電気的接触が不完全な状態 - はんだボール
はんだのボール状の塊ができる状態 - ブリッジ
隣接したICピン間にはんだがつながっている状態 - クラック
はんだ表面に割れがある状態 - イモハンダ
はんだがうまく接合できず、はんだがイモのようにデコボコになっている状態
なお、基板外観検査によって問題がなければ、実際に設計通りに動作するのかという機能検査が行われ、機能検査にはファンクションテスタが使用されます。
このような基板外観検査装置は、電子基板の回路の集積化が進み、小さく集積された基板では人間の目視によるチェックが困難となってきたことから導入が増えています。また、省力化・省人化などによるコストダウンや生産性アップ、人的ミスを減らしての品質価値を高めることもメリットです。
基板外観検査装置の原理
1. 基板外観検査装置の構成
基板外観検査装置においては、人間と同様に外観を見る「目」の機能を果たす装置と、良し悪しを判断する「頭脳」の機能を果たす装置が最低限必要な構成です。これにより、人間の目視によっておこなっていたチェックを代わりに実施します。
したがって、基板外観検査装置は目となるカメラと頭脳となる画像処理ソフトウェアを搭載したコンピューターによって構成されています。
2. 基板外観検査装置の判定方法
基板外観検査装置で最も検出されるはんだ付け不良の判定方法を説明します。基板外観検査装置において、はんだ付けの良し悪しは、基板接着面境界と電子部品接着面との境界を結ぶ直線距離を閾値として、はんだ部分の長さがこれを超えるか否かによって判断されます。
つまり、ソフトウェアの判断は、はんだ部分が閾値以上の長さであれば、はんだが基板と電子部品間を電通可能な状態でつないでいる良であり、閾値未満であれば不良です。部品の形状など、電子基板によって閾値が変わるため、画像処理ソフトウェアにはあらゆる閾値データを入力しておく必要があります。
近年では、複数のカメラを用い三次元撮影する、X線カメラで透過画像を撮影する、レーザーの反射光データを得るなどして、二次元の通常のカメラだけでは検出できない欠陥の検出を可能としています。例えば、三次元撮影をおこなうと、はんだ部分の高さや面積および体積などを計測できるため、はんだ量や大きさおよびフィレット形状などの測定ができます。
このような自動化された光学的手段による基板外観検査は、AOIと呼ばれています。AOIとは「Automated Optical Inspection」の略で、和訳すると自動光学検査です。
基板外観検査装置のその他の情報
人間による基板外観試験の問題点
これまで、基板の外観試験は人間の目視によりおこなわれていました。しかし、人間によるチェックでは、検査員の経験や主観によって合格・不合格の基準が異なる場合がありました。また、検査項目が増えるとそれに伴なって人員も増やす必要があるため人件費の増加にもつながっていました。
さらには、工場でライン生産される電子基板の生産数は膨大で、目視による検査では処理能力に限界があり生産数に追い付きません。このため、生産効率の向上が難しいという課題もあります。そこで、基板外観検査装置を導入して人の力で実施していた検査を自動化し、生産効率の向上とコスト削減を達成しています。
注目の基板外観検査装置
PR 3Dハイブリッド光学外観検査装置 YRi-V
ヤマハ発動機株式会社
超高速、高精度な3D検査を実現した光学外観検査装置
YRi-Vは、2次元検査、3次元検査、4方向アングル画像検査を1台に搭載した3Dハイブリッド光学外観検査装置です。
高速・高解像度のカメラを搭載した新開発の検査ヘッドや8方向プロジェクター、高性能GPUなどの採用により、56.8cm2/sec（当社最適条件時）の圧倒的な検査スピードを実現するとともに、超高分解能 5μmレンズや同軸照明の採用により狭隣接の極小部品や、これまで難しかった鏡面部品の傷・割れ・欠けなどの検査能力を高めるなど、従来からの利便性や機能性をさらに拡大しつつ、検査性能を大幅に向上させています。
自動化・省人化ソフトウェアソリューション
■新設計GUIの採用
先進的なデザインと見やすさを両立した、新操作画面デザインを採用。GERBER変換、CAM変換（ODB++）、CAD変換（ASCII変換）に対応し、マウンタ部品データからの簡単変換が可能。お客様の活用データから事前の検査データ作成が容易に。
■モバイル判定 ＆ QAオプション
不良画像を無線LAN経由で、オペレータのモバイル端末に送信し、良否の判定が可能。ラインオペレータが兼務することで、省人化をサポート。
■自動検査データ作成
CAD、CAM、各種マウンターデータ等、あらゆるデータから検査データへのダイレクト変換に対応。ガーバデータからも基板画像を自動生成。DIP基板もスルーホールを自動検出し、検査データの自動作成が可能。
■部品ライブラリ自動マッチング 【AI機能】
カメラで撮像した画像から、AIが部品種を自動的に特定し、最適な部品ライブラリを自動的に適用。検査データ作成の簡易化に貢献。